23种设计模式——单例模式(Singleton)详解
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🥭本文内容： 23种设计模式——单例模式(Singleton)详解
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目录
一. 背景
二. 单例模式介绍
三. 单例模式使用场景
四. 单例模式实现方式
方式一：饿汉式（Eager Initialization）
方式二：懒汉式（Lazy Initialization）
方式三：枚举（Enum）
五. 各种实现方式对比
一. 背景
单例模式是项目中很常用的设计模式。在项目的配置管理器中经常使用，负责管理应用的全局配置信息。通过单例模式可以确保整个应用中只有一个配置管理器实例，统一管理所有配置。
二. 单例模式介绍
单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。
它的核心思想是：控制实例的数量，节约系统资源。
三. 单例模式使用场景
在许多场景下，我们只需要一个对象来完成全局性的工作，创建多个实例不仅没有必要，还会浪费资源，甚至导致程序行为异常。例如：
配置信息类：整个应用共享一份配置，读取和修改都通过同一个对象进行。
日志记录类：所有日志都通过一个日志器写入同一个文件，避免多实例操作文件导致内容错乱。
数据库连接池：管理数据库连接，需要全局唯一以便高效管理连接资源。
线程池：类似数据库连接池。
缓存系统：如 Redis 客户端，通常一个应用一个实例就够了。
工具类：一些只提供静态方法，没有自身状态的工具类，也常被设计为单例。
如果不使用单例模式，而是随意创建实例，可能会导致：
资源浪费：频繁创建和销毁对象开销大。
数据不一致：多个实例可能持有不同的状态（例如，配置被一个实例修改，另一个实例却不知道）。
程序错误：例如多个日志实例同时写一个文件，会导致日志内容混乱。
四. 单例模式实现方式
实现一个单例模式通常需要注意以下三点：
私有化构造方法：防止外部通过
new关键字创建实例。内部创建并持有该私有静态实例：在类内部自己创建这个唯一的实例。
提供一个公共的静态方法：供外部获取这个唯一的实例。
根据实例创建的时机，主要分为两种模式：饿汉式和懒汉式。
方式一：饿汉式（Eager Initialization）
类加载时就直接初始化实例。简单、线程安全，但可能造成资源浪费（如果实例一直没被用到）。
public class EagerSingleton {// 1. 在类加载时就创建好实例private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();// 2. 私有化构造函数private EagerSingleton() {}// 3. 提供全局访问点public static EagerSingleton getInstance() {return INSTANCE;} }优点：实现简单，线程安全（由 JVM 类加载机制保证）。
缺点：如果实例很大且从未使用，会造成内存浪费。
方式二：懒汉式（Lazy Initialization）
延迟加载，只有在第一次被调用时才创建实例。
a) 基础版本（线程不安全）
多线程环境下可能创建多个实例。
public class UnsafeLazySingleton {private static UnsafeLazySingleton instance;private UnsafeLazySingleton() {}public static UnsafeLazySingleton getInstance() {// 如果实例不存在，则创建if (instance == null) {instance = new UnsafeLazySingleton();}return instance;} }b) 同步方法版（线程安全但效率低）
通过
synchronized加锁保证线程安全，但每次获取实例都要同步，性能差。public class SynchronizedLazySingleton {private static SynchronizedLazySingleton instance;private SynchronizedLazySingleton() {}// 使用 synchronized 关键字修饰方法public static synchronized SynchronizedLazySingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new SynchronizedLazySingleton();}return instance;} }c) 双重校验锁（DCL, Double-Checked Locking）
推荐写法。在加锁前后进行两次检查，兼顾线程安全和性能。
public class DCLSingleton {// 使用 volatile 关键字禁止指令重排序，保证可见性private static volatile DCLSingleton instance;private DCLSingleton() {}public static DCLSingleton getInstance() {// 第一次检查，避免不必要的同步if (instance == null) {// 同步代码块synchronized (DCLSingleton.class) {// 第二次检查，确保实例在同步块内未被创建if (instance == null) {instance = new DCLSingleton();}}}return instance;} }
volatile关键字在这里至关重要，它防止了new DCLSingleton()这一步的指令重排序，避免了其他线程获取到一个未初始化完成的对象。d) 静态内部类（Holder Class）
最优雅、最推荐的实现方式之一。利用 JVM 的类加载机制保证线程安全，同时实现了懒加载。
public class InnerClassSingleton {// 私有化构造方法private InnerClassSingleton() {}// 静态内部类持有实例private static class SingletonHolder {private static final InnerClassSingleton INSTANCE = new InnerClassSingleton();}// 调用 getInstance 时，才会加载 SingletonHolder 类，从而初始化 INSTANCEpublic static InnerClassSingleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;} }优点：
懒加载：只有在调用
getInstance()时，内部类SingletonHolder才会被加载，实例才会被创建。线程安全：由 JVM 在类加载时完成初始化，天然线程安全。
实现简单：无需同步代码块，代码简洁。
方式三：枚举（Enum）
《Effective Java》作者 Josh Bloch 强烈推荐的方式。它不仅能避免多线程同步问题，还能防止反序列化重新创建新的对象。
public enum EnumSingleton {INSTANCE; // 唯一的实例// 可以添加任意方法public void doSomething() {System.out.println("Doing something by " + this.toString());} }// 使用方式 EnumSingleton.INSTANCE.doSomething();优点：
绝对防止多实例：由 JVM 从根本上保证。
防止反射攻击：枚举类不能通过反射创建实例。
防止反序列化：枚举类在反序列化时不会创建新对象。
代码极简。
缺点：不够灵活（例如无法实现延迟初始化）。
五. 各种实现方式对比
实现方式
懒加载
线程安全
性能
防反射/反序列化
推荐度
饿汉式
❌
✅
好
❌
⭐⭐
同步方法懒汉式
✅
✅
差
❌
⭐
双重校验锁（DCL）
✅
✅
好
❌
⭐⭐⭐⭐
静态内部类
✅
✅
好
❌
⭐⭐⭐⭐⭐
枚举
❌
✅
好
✅
⭐⭐⭐⭐⭐
选择？：
如果对内存不敏感，追求极致的简单，可以用饿汉式。
如果需要懒加载，且是现代 Java 开发，静态内部类是最佳选择，简单又安全。
如果需要防御高级的攻击（如反射、反序列化），或者实现一个表示状态的单例，枚举是最佳选择。
双重校验锁稍微复杂，但在一些特定场景（如需要延迟初始化且实例字段需要延迟初始化时）仍有其价值。
当然，单例模式有时也会限制之后相关类的异步实现，使用前要仔细考虑！
最后，
其它设计模式会陆续更新，希望文章对你有所帮助！